CN102080182A - 一种特厚高层建筑结构用高强度钢板q460gje-z35及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35及其生产方法，包括：KR脱硫→转炉→LF精炼→VD真空处理→浇铸→钢锭脱模时间到后再模冷8小时→清理(8小时内清理完毕)→带温送轧-加热→除鳞→3800mm轧机→矫直→堆冷→外检→探伤→热处理→精整→入库。通过进行合理的成分设计、模铸浇注、加热及热处理，其实物屈服强度在440-480MPa，抗拉强度在540-630MPa，伸长率在24-27％，-40℃冲击功为136～208J，Z向性能分布在36-57之间，单个试样3个Z向性能平均值均大于40％，经JB/T 4730-2005标准无损探伤检测，可达探伤一级。

Description

一种特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35及其生产方法

技术领域

本发明涉及到特厚钢板及生产方法技术领域，具体涉及到一种特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35及其生产方法。

技术背景

随着我国国民经济的迅速发展，高层建筑用钢的发展也向着特厚、特宽、高性能方向发展。高层建筑用钢对钢板强韧性、屈强比、抗层状撕裂能力等提出了较高的要求，目前厚度120mm以上的高层建筑用钢板国内能生产的钢厂还不多。厚度在100mm以上的Q460GJE-Z35高层建筑用钢，因其生产难度大、工艺装备要求特殊等原因无法生产。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有良好强韧性匹配的特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35及其生产方法。

一种特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35，化学成分及质量百分比(单位，wt％)如下，C：0.15～0.18、Si：0.30～0.45、Mn：1.45～1.55、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素(Nb+Ni+V)：0.165～0.205、Als：0.030～0.050，其它为Fe和残留元素。

特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35不仅对温度和冲击韧性有较高要求，而且要求具有良好的抗层状撕裂性。为了实现上述目的，化学成分设计采用低碳当量，Mn-Nb-V-Ni系铁素体+珠光体钢，应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。C主要与其它元素形成碳化物，起组织强化和析出强化作用，提高钢板强度；Mn主要起固溶强化和降低相变温度，起提高钢板强度的作用；Nb起细晶强化作用，钢锭加热时，固溶的Nb可以阻止奥氏体晶粒长大；经过二阶段轧制，V的C、N化物析出，提高钢板强度；Ni的作用主要是增大奥氏体的过冷度，起细晶强化作用，另外可提高低温冲击韧性。为确保探伤，同时采取洁净钢冶炼技术，严控钢种[P]、[S]、[N]、[H]、[O]五大有害元素含量等方面进行了主要成分设计。1、低碳、低碳当量：根据低合金高强度钢板的设计理念，现代焊接结构要求低合金高强度钢有较低的碳当量，为了保证了良好的焊接性能，碳含量[Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]控制在0.48％以下，而且大幅度降低碳含量，能抑制珠光体的形成和消除碳对贝氏体韧性的影响。

2、降低S、P含量，提高钢的塑韧性：P含量主要影响钢的塑性，容易形成“冷脆”，S主要影响钢的冲击韧性和韧-脆转变温度，另外，钢中硫化物夹杂影响钢的各向异性。因此，将S含量控制在0.003％以下，P含量控制在0.015％以下。

3、采用Nb、V、Ti、Ni复合微合金化：Nb、Ti是强碳氮化合物形成元素，能够起到细晶强化和沉淀强化作用，使得大幅度降低钢的碳含量成为可能。Nb可以提高Tnr温度，延迟变形奥氏体再结晶，扩大了奥氏体未再结晶区，保证了轧制过程的变形累积，促进贝氏体形核，细化晶粒，提高钢板的综合性能。由于Ti与N的亲和力极强，形成TiN颗粒，并且这种颗粒在1150℃以上就开始形成。因此，在钢锭加热、钢板轧制等一系列过程中，TiN颗粒能阻止形变奥氏体动态再结晶的发生及奥氏体再结晶晶粒的长大，细化晶粒，起到细晶强化作用，微量的Ti还对改善焊接影响区的韧性十分有效。

上述特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35的生产方法，包括：铁水(KR脱硫)→转炉(氩站)→LF精炼→VD真空处理→浇铸(33t、40t模铸锭)→钢锭脱模时间到后再模冷8小时→清理(8小时内清理完毕)→带温送轧-加热→除鳞→3800mm轧机→矫直→堆冷→外检→探伤→热处理→精整→入库。

转炉冶炼中，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣；采用LF、喂Si-Ca-Ba线和VD真空处理，保证钢质的洁净度，采取大渣量进行造渣，确保白渣保持时间控制在15min以上；在所述真空精炼中，在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；加热保证钢锭均匀奥氏体化，并使Nb等微合金化元素充分溶解，加热工艺1000℃以下升温速度≤100℃/小时，1000℃以上升温速度不限，最高温度≤1280℃；轧制采用二阶段控制轧制，粗轧开轧温度1020～1150℃，粗轧阶段温度＞1000℃，采用高温低速大压下轧制，晾钢厚度＝成品厚+(70-100)mm，在辊道待温或水冷到860℃以下，开始精轧阶段轧制，压下量控制在8～15mm，终轧温度820±20℃。粗轧在再结晶区轧制，通过形变-再结晶使晶粒细化，从而在相变后得到较小的晶粒。此阶段采用高温、低速、大压下轧制，充分破碎钢锭中的枝晶，变形程度越大，形核区密度合驱动力增加越大，反复再结晶后晶粒就越细小。精轧在未再结晶区轧制，采用较大的累计变形量，使奥氏体晶粒充分变形，在晶粒内部形成更多的滑移带，为铁素体的转变提供更多的形核位置，细化晶粒。轧制后为了控制厚板的带状组织和细化晶粒，轧后进ACC快冷二次，出水返红温度：680℃；下线后采用500℃以上进行堆冷48小时，堆冷完毕后正火快冷处理，采用910±10℃加热、1.8min/mm+1.5h保温，出炉快冷35-45秒的正火快冷工艺，热处理后带温压平，精整取样做性能检测。

本发明的钢板化学成分设计方面，采用不添加Nb、V、Ti等细化晶粒元素，减少冶金成本及钢水夹杂物含量，工艺方面采用正火+风冷细化晶粒，确保质量符合标准及使用要求。其生产制造工序简单，可实现批量生产。应用的强化机理为组织强化、细晶强化、析出强化和固溶强化。C含量控制在0.14～0.18％，C主要与其他元素形成碳化物，起组织强化和析出强化的作用，使钢板强度增加；Mn含量控制在1.45～1.55％，Mn主要起固溶强化和降低相变温度，提高钢板强度的作用；因浇注钢锭较厚，P、S含量均需要严格控制，减少夹杂物和偏析。本发明的交货状态为正火，采用正火+风冷的工艺，可细化晶粒，提高钢板综合性能。

通过进行合理的成分设计、模铸浇注、加热及热处理，成功地在转炉—模铸浇注—加热轧制—正火热处理生产线开发出了120mm-150mm特厚高层建筑结构用高强度钢板，其实物屈服强度在440-480MPa，抗拉强度在540-630MPa，伸长率在24-27％，-40℃冲击功为136～208J，Z向性能分布在36-57之间，单个试样3个Z向性能平均值均大于40％，经JB/T 4730-2005标准无损探伤检测，可达探伤一级。该特厚高层建筑结构用高强度钢板的开发满足了工程制造行业较高要求。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步地说明：

图1本发明TMCP轧制后的金相组织图(100X)。

图2为Q460GJE-Z35钢板厚度1/4处金相图片(100X)。

具体实施方式

实施例1

本发明的工艺路线：铁水KR深脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→模铸锭浇注→钢锭加热→除磷→控制轧制→控制冷却→控制矫直→下线缓冷→表面检查→热处理→精整→探伤→检测→判定→合格品入库。

具体成分见表1。

表1：Q460GJE-Z35钢的化学成份/％(液相线温度1519℃)

实施例2

本发明的工艺路线：铁水KR深脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→模铸锭浇注→钢锭加热→除磷→控制轧制→控制冷却→控制矫直→下线缓冷→表面检查→热处理→精整→探伤→检测→判定→合格品入库。

具体成分见表2。

表2：Q460GJE-Z35钢的化学成份/％(液相线温度1519℃)

实施例3

本发明的工艺路线：铁水KR深脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD真空处理→模铸锭浇注→钢锭加热→除磷→控制轧制→控制冷却→控制矫直→下线缓冷→表面检查→热处理→精整→探伤→检测→判定→合格品入库。

具体成分见表3。

表3：Q460GJE-Z35钢的化学成份/％(液相线温度1519℃)

为确保探伤合格，考虑压缩比至少≥5。常规模铸锭选择24T、26T、32T、33T，水冷模锭选择36-40T，优选36T水冷模，该钢锭厚度780mm，锭模底盘和四周通水冷却，帽口保温，压缩比6.5，可以达到设计要求。

冶炼工艺，出钢碳≥0.06％，出钢P≤0.012％，S≤0.012％；点吹次数不得大于2次，避免出钢过程下渣。采取大渣量进行造渣，确何白渣保持时间控制在15min以上；杜绝渣稀现象；严格按照吹氩标准执行吹氩操作，禁止暴吹。在≤67Pa下的保压时间按≥20min进行控制；破真空后立即进行Ca处理，对夹杂物进行改性，软吹大于5min后吊钢。

坚持“高温慢注，低温快注”原则。具体浇注工艺要求见表4。

表4：模铸浇铸工艺

注：T11代表液相线温度，动车、脱帽和脱锭时间从注完开始计算。

加热工艺点：钢锭加热工艺进行，以确保钢充分烧透、烧均匀；均热坑的保温温度按照1250℃～1280℃执行。

控轧控冷：采用两阶段轧制，一阶段开轧温度1050℃～1150℃，严格坚持“高温、低速、大压下”的轧制要求，为确保变形渗透，在板厚≥500mm时，道次压下量按60±10mm控制，工作辊轧制线速度按≤1.5m/s控制；凉钢厚度为160-200mm，二阶段开轧温度在820～860℃，二阶段采取小压下轧制，道次压下量为15-20mm，终轧温度800-840℃。轧制后进入ACC两次弱冷，尽量减少表面和内部的温差，确保返红温度在620-660℃，冷却后送往强力矫直机进行热矫直。

钢板下线后进行缓冷，入缓冷坑温度≥500℃；堆冷时间≥48小时。

热处理执行工艺为保温温度910±10℃，保温时1.8mim/mm+1.5小时，钢板出炉后水冷40-50S。通过Nb、V、Ti复合微合金化、控轧控冷、热处理相结合，达到细晶强化、固溶强化、析出强化的目的，机械性能和Z向性能全部合格，各项指标均有较大的富裕。见表5

表5：Q460GJE-Z35钢板机械力学性能

钢板的高倍结果见表6

表6：Q460GJE-Z35钢板金相结果

共试生产18批120mm厚Q460GJE-Z35，其中：屈服强度控制在440～480MPa，抗拉强度控制在540～630MPa，屈强比均≤0.82；伸长率控制在24％-27％；-40℃V型冲击功控制在136～208J；Z向性能分布在36-57之间，单个试样3个Z向性能平均值均大于40％，探伤达到1级探伤要求，性能指标完全满足了Q460GJE-Z35开发要求，实现了强度和韧性的良好匹配和较高的内部质量的结合。

Claims (2)

1.一种特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35，其特征在于：其化学成分及质量百分比(单位，wt％)如下，C：0.15～0.18、Si：0.30～0.45、Mn：1.45～1.55、P：≤0.015、S：≤0.003、微合金化元素(Nb+Ni+V)：0.165～0.205、Als：0.030～0.050，其它为Fe和残留元素。

2.如权利要求1所述的特厚高层建筑结构用高强度钢板Q460GJE-Z35的生产方法，其特征在于，它包括如下流程：铁水(KR脱硫)→转炉(氩站)→LF精炼→VD真空处理→浇铸(33t、40t模铸锭)→钢锭脱模时间到后再模冷8小时→清理(8小时内清理完毕)→带温送轧-加热→除鳞→3800mm轧机→矫直→堆冷→外检→探伤→热处理→精整→入库。

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